JPH03114222A - Union of gaas on si substrate - Google Patents

Union of gaas on si substrate

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JPH03114222A JP2017650A JP1765090A JPH03114222A JP H03114222 A JPH03114222 A JP H03114222A JP 2017650 A JP2017650 A JP 2017650A JP 1765090 A JP1765090 A JP 1765090A JP H03114222 A JPH03114222 A JP H03114222A
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Abstract

PURPOSE: To reduce a stress in a material caused from a difference from a thermal expansion coefficient, by inducing very small cracks in a GaAs layer at a position where an electronic device or its component that integrates the GaAs on a Si substrate. CONSTITUTION: In order to attain a introduction of very small cracks at a position where the operation of the device or its component is not disturbed, part of the substrate is coated by a mask prior to the adhesion of the GaAs. The mask is preferably an SiO2 mask. Very small cracks are induced at a desired position by using a specific topography of the mask (very small structure). In a first process, an SiO2 is adhered on the Si substrate by, e.g. the plasma enhancement chemical vapor-deposition(PECVD). Part of the SiO2 layer is again removed by forming the mask with the photolithography and wet etching. Then, the GaAs is adhered onto the Si substrate that is partially coated by, e.g. the metallic organic chemistry vapor-deposition(MOCVD). Very small cracks are induced by the specific mask topography in the single crystal GaAs that is grown from an apex in a cleavage direction. No very small cracks are found on the other position.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は8上基体上でのGaAsの一体化(integ
ration )に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the integration of GaAs on an 8-top substrate.
ration).

本発明は特に、LEDドライバー(電界効果トランジス
タ)の如きSi電子回路も一体化できる8上基体上での
発光ダイオードの如きGaAs/Al!GaAs電子又
はオプトエレクトロニック構造の一体化に関する。
In particular, the present invention is particularly applicable to GaAs/Al! devices such as light emitting diodes on an 8-layer substrate, which can also integrate Si electronic circuits such as LED drivers (field effect transistors). Concerning the integration of GaAs electronic or optoelectronic structures.

GaAs層又はGaAs構造、例えばGaAs /A/
GaAs発光ダイオードは、高温、即ち700℃でSi
基体の上に実質的に応力を含まずに生長させることがで
きる。
GaAs layer or GaAs structure, e.g. GaAs /A/
GaAs light emitting diodes are made of Si at high temperatures, i.e. 700°C.
It can be grown substantially stress-free on a substrate.

しかしながら冷却中にGaAs及びSlの異なる収縮が
材料中に応力を生ぜしめる。
However, during cooling, the differential contraction of GaAs and Sl creates stresses in the material.

これらの応力は、8上基体上で生長したGaAs層の厚
さがかなり小さいとき、例えば厚さが3μmを越えない
ときウェファ−に曲げを生ぜしめる。
These stresses cause the wafer to bend when the thickness of the GaAs layer grown on the substrate is fairly small, for example when the thickness does not exceed 3 .mu.m.

GaAs層が厚いときには、ウェファ−上の配向重複生
長層中に微小亀裂が出現することがある。
When the GaAs layer is thick, microcracks may appear in the oriented overgrowth layer on the wafer.

材料応力の存在はGaAs / S i装置の電気的性
質及び/又は光学的性質に負に影響を与える。材料の狂
いはリングラフィ及び以後のウェファ−の加工を妨害す
る。無作意で生ずる微小亀裂は、形成される電子装置の
適切な動作を妨害する。
The presence of material stress negatively affects the electrical and/or optical properties of GaAs/Si devices. Material deviations interfere with phosphorography and subsequent processing of the wafer. Inadvertently occurring microcracks interfere with the proper operation of the electronic device being formed.

8上基体上にGaAs層を生長させるとき遭遇する上述
した問題点は、次の刊行物: Appl、Phys。
The above-mentioned problems encountered when growing GaAs layers on 8-top substrates are discussed in the following publications: Appl, Phys.

Le t t、第51巻第26号にEL G、 Yao
obi等によって発表された「ストレス・バリエイショ
ンズ・デュウ・ツー・マイクログラックス・イン・Ga
As・グロウン・オン−SiJに、及びAppl、 P
hys、 Lett。
Let t, Vol. 51, No. 26 E.L.G., Yao
"Stress Variations Dew Two Microglux in Ga" announced by obi etc.
As Grown On-SiJ, and Appl, P
Hys, Lett.

第52巻第7号にB、 G、 YaoObi等によって
発表された「ストレス・バリエイションズ・アンド・L
/ IJ−フ・イン・パターンド・GaAs・グロウン
・オン・ミスマツチド・サブストレテス」に記載されて
いる。
``Stress Variations and L'' published by B, G, YaoObi et al. in Vol.
/ IJ-Fin Patterned GaAs Grown on Mismatched Substrates.

上述した問題を処理する幾つかの解決策は画業者に知ら
れている。Appl、 Phys、 Lett、第53
巻第3号に[分子ビーム配向重複生長によるケイ素シャ
ドーマスクを介してのGaAsの選択生長によるS1上
のGaAsの狂い及びその減少」なる論文が発表された
。(Siシヤードーマスクを用いることによって得られ
る) GaAsめ選択生長で完全に被覆されたGaAs
 −Siウェファ−及びSlの狂いが研究されて来た。
Several solutions are known to the painters to deal with the problems mentioned above. Appl, Phys, Lett, 53rd
In Vol. 3, a paper titled "Misalignment of GaAs on S1 and its reduction due to selective growth of GaAs through a silicon shadow mask by molecular beam oriented overlapping growth" was published. Completely covered GaAs with selective growth on GaAs (obtained by using a Si shed mask)
-Si wafers- and the deviation of Sl have been studied.

GaAsの生長領域を限定することによって狂いの大き
な減少が見られる。
By limiting the GaAs growth region, a significant reduction in deviation is seen.

GaAs配向重複生長層によって誘起される応力に反作
用させるためケイ素基体の裏側にフィルムを設けること
も知られている。
It is also known to provide a film on the backside of a silicon substrate to counteract the stresses induced by the GaAs oriented overgrowth layer.

本発明の目的は8上基体上にGaAsを生長させる方法
であって、これによってこれらの材料の熱膨張係数の差
から生ずる材料中の応力の減少が得られる方法を提供す
ることにある。
It is an object of the present invention to provide a method for growing GaAs on an 8-top substrate, thereby obtaining a reduction in the stresses in the materials resulting from the differences in the coefficients of thermal expansion of these materials.

本発明の別の目的はSi基体上にGaAsを生長させる
方法であって、その結果として、以後のリングラフィが
妨害されないような平らなウェファ−が得られる方法を
提供することにある。
Another object of the invention is to provide a method for growing GaAs on a Si substrate, resulting in a flat wafer such that subsequent phosphorography is not disturbed.

本発明の更に別の目的は、装置の作用領域内に微小亀裂
が生じないよう8上基体上にGaAs電子装置又はオプ
トエレクトロニック装置を一体化する方法を提供するこ
とにある。
Yet another object of the present invention is to provide a method for integrating GaAs electronic or optoelectronic devices on an 8-top substrate such that microcracks do not occur in the active area of the device.

他の目的は以下の説明から明らかになるであろう。Other purposes will become apparent from the description below.

本発明は一定の温度で8上基体上にGaAsを生長させ
、続いて基体を冷却することによって一体化された電子
装置又はその部品を形成する方法であって、前記装置又
はその部品が妨害されない位置で前記GaAs層中に微
小亀裂を誘起させることを特徴とする方法を提供する。
The present invention is a method for forming integrated electronic devices or components thereof by growing GaAs on a substrate at a constant temperature and subsequently cooling the substrate, the device or components thereof being undisturbed. A method is provided, characterized in that microcracks are induced in the GaAs layer at locations.

本発明による一体化された装置中に意図的に微小亀裂を
作ることによって、材料中の応力を減少させることがで
き、無作意の位置での微小亀裂の発生を避けることがで
きる。
By intentionally creating microcracks in an integrated device according to the invention, stress in the material can be reduced and the generation of microcracks at random locations can be avoided.

装置又はその部品の動作が妨害されない位置での前述し
た微小亀裂を達成するため、GaAsの付着をする前に
基体の一部をマスクで被覆する。
In order to achieve the aforementioned microcracking in a location where the operation of the device or its parts is not disturbed, a portion of the substrate is covered with a mask before the GaAs deposition.

このマスクはSi0.マスクであるのが好ましい。This mask is Si0. Preferably it is a mask.

マスクの特定トポグラフィ(微細構成)を用いることに
よって(以下に図面を参照して説明する如く)、微小亀
裂が所望位置で誘起できることが見出された。
It has been found that by using a specific topography of the mask (as explained below with reference to the drawings), microcracks can be induced at desired locations.

C)aAs結晶の劈開方向で指向した少な(とも一つの
頂点を設けたマスクを使用することによって、前記頂点
から始まり、前記劈開方向で生長する微小亀裂を単結晶
層中に誘起させる。
C) By using a mask with a few (and one) vertices oriented in the cleavage direction of the aAs crystal, microcracks starting from said vertices and growing in said cleavage direction are induced in the single crystal layer.

従って本発明は更に一般的lこSi基体上で生長したG
aAs層中の予め定められた位置で微小亀裂を形成する
方法を提供し、前記GaAs層の生長に先立って、前記
Si基体をマスクによって部分的に被覆し、前記マスク
を前記GaAs層の結晶の劈開方向に又はほぼ劈開方向
に伸長する少なくとも一つの頂点を設けることを特徴と
する。
Therefore, the present invention further relates to the general use of G grown on Si substrates.
A method is provided for forming microcracks at predetermined locations in an aAs layer, and prior to growth of the GaAs layer, the Si substrate is partially covered by a mask, and the mask is applied to the crystals of the GaAs layer. It is characterized by providing at least one vertex extending in the cleavage direction or substantially in the cleavage direction.

マスクトポグラフィ、特に頂点の位置及び数は、微小亀
裂が予定位置で意図的に誘起できるように選択すること
ができる。
The mask topography, particularly the location and number of vertices, can be selected such that microcracks can be intentionally induced at predetermined locations.

いわゆる頂点はGaAs結晶を劈開する楔として作用す
る、従ってここでは「楔」とも称する。
The so-called vertices act as wedges that cleave the GaAs crystal, and are therefore also referred to herein as "wedges."

第一工程において、S10.をSi基体上に例えばブラ
ズ強化化学蒸着(pEcvD)によって付着させる。S
in、層の部分はフオトリソグラフイ及び湿式エツチン
グによりマスクを形成するように再び除去する。
In the first step, S10. is deposited on a Si substrate, for example by plasma enhanced chemical vapor deposition (pEcvD). S
in, parts of the layer are removed again to form a mask by photolithography and wet etching.

次に前記部分的に被覆したSi基体上に、GaAsを例
えば渦業者に知られている金属有機化学蒸着法(MOC
VD )によって付着させる。
The partially coated Si substrate is then coated with GaAs, e.g.
VD).

この方法によればGaAsは石英反応器中でSi上に付
着される。例えば金属有機源トリメチルガリウム(CH
3)3 Gaを、キャリヤーガスとして水素を使用して
第■族成分、即ちGaを輸送するのに使用できる。
According to this method, GaAs is deposited on Si in a quartz reactor. For example, the metal organic source trimethyl gallium (CH
3) 3Ga can be used to transport the Group I component, ie Ga, using hydrogen as a carrier gas.

アルシンを第■族元素Asを輸送するために使用できる
Arsine can be used to transport the Group I element As.

水素化セレンをn型ドーピングを得るために使用でき、
ジエチル亜鉛(輸送蒸気水素)をp型ドーピングを得る
ために使用できる。
Selenium hydride can be used to obtain n-type doping,
Diethylzinc (transport vapor hydrogen) can be used to obtain p-type doping.

上記源は石英反応器中で加熱する。The source is heated in a quartz reactor.

700℃で下記の簡略化した熱分解反応によってGaA
sが反応器中に存在するSi基体上に付着する。
GaA is produced by the following simplified thermal decomposition reaction at 700°C.
s is deposited on the Si substrate present in the reactor.

(CH3)、GaAs結晶 付着するGaAsの形態は中でも下にある材料の特性に
よって決る。単結晶質GaAsは非被覆S1領域上で得
られ、一方SiO2マスク上には多結晶質GaAs付着
が見出される。
(CH3), GaAs crystal The morphology of the deposited GaAs is determined by, among other things, the properties of the underlying material. Monocrystalline GaAs is obtained on the uncovered S1 regions, while polycrystalline GaAs deposits are found on the SiO2 mask.

本発明による特定マスクトポグラフィを用いることによ
って、頂点から始まって劈開方向に生長する単結晶質G
aAs中で微小亀裂が誘起される。他の位置には微小亀
裂は見出されない。
By using the specific mask topography according to the present invention, single crystal G
Microcracks are induced in aAs. No microcracks are found at other locations.

本発明及び好ましいその実施態様をより良く理解するた
め、添付図面及び写真を参照して以下に詳細に説明する
For a better understanding of the invention and its preferred embodiments, it will be described in detail below with reference to the accompanying drawings and photographs.

第1図は、Si基体上で一体化されたGaAs/A/G
aAs発光ダイオード及び電界効果トランジスター(M
osFET)のトポグラフィを略示する。
Figure 1 shows GaAs/A/G integrated on a Si substrate.
aAs light emitting diode and field effect transistor (M
osFET) is schematically illustrated.

第2図は自然発生微小亀裂を示す再現写真である。Figure 2 is a reproduction photograph showing naturally occurring microcracks.

第3図は電子又はオプトエレクトロ二ック装置が生長す
る基体上に意図的に誘起された微小亀裂の位置を略示す
る。
FIG. 3 schematically shows the location of intentionally induced microcracks on a substrate on which an electronic or optoelectronic device grows.

第4図はSiO□マスクの使用及びウェファ−上でのG
aAsの生長を示す。
Figure 4 shows the use of SiO□ mask and G on the wafer.
The growth of aAs is shown.

第5図は誘起された微小亀裂を得るため使用できるマス
クを示す。
FIG. 5 shows a mask that can be used to obtain induced microcracks.

第6図は誘起された微小亀裂を示す再現写真である。FIG. 6 is a reproduction photograph showing the induced microcracks.

第7図及び第8図は別の種類のマスクを示す。Figures 7 and 8 show another type of mask.

第9図は別の種類の頂点の拡大図である。FIG. 9 is an enlarged view of another type of vertex.

第10図〜第13図は亀裂形成時に行った実験の結果を
示す。
Figures 10 to 13 show the results of experiments conducted during crack formation.

第1図は、Si回路である第一構成部分、特に電界効果
トランジスタ2及びGaAs構成部分である第二構成部
分、即ち発光ダイオード3からなる装置の例を示す。画
構成部分は共通ケイ素基体1上に一体化されている。発
光ダイオード3は相互の上で生長した5層を有する。
FIG. 1 shows an example of a device consisting of a first component, in particular a field effect transistor 2, which is a Si circuit, and a second component, ie a light emitting diode 3, which is a GaAs component. The image components are integrated on a common silicon substrate 1. The light emitting diode 3 has five layers grown on top of each other.

ケイ素基体上でGaAsバッファー層が先ず生長する。A GaAs buffer layer is first grown on the silicon substrate.

前記GaAsバッファー層の上に、 A/GaAsクラ
ッド層、活性GaAs又はA/GaAs層、第二AI!
GaAsクラッド層及び最後にGaAs接触層が生長す
る。
On top of the GaAs buffer layer, an A/GaAs cladding layer, an active GaAs or A/GaAs layer, a second AI!
A GaAs cladding layer and finally a GaAs contact layer are grown.

第2図は、Si基体上に付着したGaAsZA1GaA
s層構造中に自然発生した微小亀裂を示す。不幸にして
この微小亀裂はGaAs発光ダイオードの動作部を通っ
て伸びており、この装置を役立たぬものにしている(写
真は電子顕微鏡によってとった)。
Figure 2 shows GaAsZA1GaA deposited on a Si substrate.
It shows naturally occurring microcracks in the s-layer structure. Unfortunately, this microcrack extends through the active part of the GaAs light emitting diode, rendering the device useless (photo taken with an electron microscope).

Si基体上でGaAsを生長させる温度から動作温度(
室温)まで冷却する間にGaAsとSiの異なる収縮の
ため、この再現された写真によって示される如き微小亀
裂が無作意な位置で発生し、装置の動作を妨害できる。
From the temperature for growing GaAs on a Si substrate to the operating temperature (
Due to the differential shrinkage of GaAs and Si during cooling to room temperature), microcracks as shown by this reproduced photograph can occur at random locations and disrupt the operation of the device.

この問題は本発明の方法によつ(解決される、本発明方
法によれば、材料応力が減少され、微小亀裂の正確な位
置が装置内の微小亀裂の発生を防止するよう制御できる
ように意図的に微小亀裂を作る。第3図は作用装置外の
位置で微小亀裂が作られることを示している。第3図は
共通基体上で一体化された一連の発光ダイオード4.5
.6及び7を略示している。引き出し線番号8〜13は
、装置動作に影響を与えないように、微小亀裂が装置外
で形成できた位置を例示する。
This problem is solved by the method of the present invention, in which the material stress is reduced and the precise location of microcracks can be controlled to prevent the occurrence of microcracks in the device. Deliberately creating microcracks. Figure 3 shows that the microcracks are created at a location outside the working device. Figure 3 shows a series of light emitting diodes 4.5 integrated on a common substrate.
.. 6 and 7 are shown schematically. Lead line numbers 8 to 13 illustrate locations where microcracks could be formed outside the device so as not to affect device operation.

装置動作に害をもたらし得ない位置で前記微小亀裂を得
るためには下記の方法に従う:ケイ素基体14をマスク
、好ましくはS i O,マスク15で始めに被覆する
、これはSi基体上のSi0、の付着(第4図)、及び
フオトリソグラフイ及び湿式化学エツチングによってS
i02層の一部の除去によって行う。
In order to obtain said microcracks at a location where they cannot be detrimental to the operation of the device, the following method is followed: the silicon substrate 14 is first coated with a mask, preferably SiO, mask 15, which is similar to Si0 on the Si substrate. , (Fig. 4), and by photolithography and wet chemical etching.
This is done by removing part of the i02 layer.

次にGaAsを付着させる。第4図Iこ、異なる面での
GaAsの異なる形態を示す。310!上に付着したG
aAsの形態は多結晶質16であり、Si基体上(Si
n、で被覆されていない)でそれは単結晶質17である
Next, GaAs is deposited. FIG. 4 shows different morphologies of GaAs in different planes. 310! G attached to the top
The morphology of aAs is polycrystalline 16, and it is grown on a Si substrate (Si
n, not coated) and it is single crystalline 17.

次に本発明によるマスクを形成する特別の方法を示す。A particular method of forming a mask according to the invention will now be described.

以下に示す実験で使用したマスクはこの特別の方法を用
いて得た。マスク層は例えばプラズマ強化化学蒸着を用
いSiウェファ−上にプラズマ付着しうる(p−9直角
(011〕方向に対して(100)+3°)。
The masks used in the experiments described below were obtained using this particular method. The masking layer can be plasma deposited on the Si wafer using, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition ((100)+3 DEG relative to the p-9 normal (011) direction).

本発明の好ましい実施態様によれば、ウェファ−は付着
法の前lこ15秒間50%IF溶液と脱イオン水DI(
1部/9部)の混合物中で洗浄する。次いでウェファ−
をPD 80装置(プラズマ・テクノロジー製)の真空
室中に入れる。
According to a preferred embodiment of the invention, the wafer is coated with a 50% IF solution and deionized water DI (DI) for 15 seconds before the deposition process.
1 part/9 parts) mixture. Then the wafer
into the vacuum chamber of a PD 80 device (manufactured by Plasma Technology).

33nm/分の付着速度で100 nmの層を付着させ
る付着方法のパラメーターは次の通りである: 室の全圧: 30 Q mTorr 。
The parameters of the deposition method for depositing a layer of 100 nm at a deposition rate of 33 nm/min are as follows: Total chamber pressure: 30 Q mTorr.

試料の温度:300℃。Sample temperature: 300°C.

RF電カニ25W。RF electric crab 25W.

RF周波数: 100 kHz ガス流: 10 SOQm SiH4+ 120 sa
om Nto 。
RF frequency: 100 kHz Gas flow: 10 SOQm SiH4+ 120 sa
om Nto.

時間:3分。Time: 3 minutes.

SiO2層のパターン形成のため、標準フオトリソグラ
フイ法を使用する。ウェファ−はソックスレー中で沸と
う溶媒中で洗浄する(15分トリクロロエチレン、15
分アセトン、15分イソプロピルアルコール中で)。次
にウェファ−を脱イオン水(DI)中で洗い、30分間
120℃の温度で空気中で乾燥する。乾燥後、試料をフ
ォトレジストでスピンコーティングする(3000 r
pm、 40秒)。これらの実験のためAZ1350レ
ジスト(5hipley製)を使用した。
Standard photolithography methods are used for patterning the SiO2 layer. The wafers are washed in a Soxhlet in boiling solvent (15 min trichlorethylene, 15 min
min acetone, 15 min in isopropyl alcohol). The wafer is then washed in deionized water (DI) and dried in air at a temperature of 120 DEG C. for 30 minutes. After drying, the sample is spin-coated with photoresist (3000 r
pm, 40 seconds). AZ1350 resist (manufactured by 5hipley) was used for these experiments.

レジストは窒素雰囲気中で90℃で熱板炉中で5分間焼
付ける。
The resist is baked in a hot plate oven at 90° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere.

次にレジストを第7図に示す如きマスクを介してマスク
アライナ−中で紫外線(高圧水銀ランプ)Eこ露光する
(露光時間34秒)。
Next, the resist is exposed to ultraviolet light (high-pressure mercury lamp) E through a mask as shown in FIG. 7 in a mask aligner (exposure time: 34 seconds).

露光領域を現像する(現像剤:稀釈したAZ2401現
像剤(5hipley製)、稀釈:1部のAZ 240
1と4部のDI 、現像時間30秒)。
Develop the exposed areas (Developer: diluted AZ2401 developer (manufactured by 5hipley), dilution: 1 part AZ 240
1 and 4 parts DI, development time 30 seconds).

マスクとしてのフォトレジストを用い、Sin2層をエ
ツチング除去する(エツチング溶液:Transene
社からのBHF 、エツチング時間50秒)。
Using a photoresist as a mask, remove the Sin2 layer by etching (etching solution: Transene).
BHF, etching time 50 seconds).

次の工程は金属有機化学蒸着法(Thomas Swa
nEpitor O4装置)によるGaAsの配向重複
生長である。
The next step is metal organic chemical vapor deposition (Thomas Swa
This is an oriented overlapping growth of GaAs using an nEpitor O4 device).

使用した反応器は四つの金属有機源及び三つの水素化物
を供給する。キャリヤーガスとして窒素(不活性)及び
Pd精製水素をベロー封止空気圧バルブによって選択す
ることができる。各金属有機ラインに温度制御浴を含有
させる。各ラインのガス流はMKSマスフローコントロ
ーラーで制御する。この装置には急速界面付着のためE
PIFOLD急速スイッチガスマニホールドを設けた。
The reactor used supplies four metal organic sources and three hydrides. Nitrogen (inert) and Pd-purified hydrogen can be selected as carrier gas by means of a bellows-sealed pneumatic valve. Each metal organic line contains a temperature controlled bath. Gas flow in each line is controlled by an MKS mass flow controller. This device has E for rapid interfacial adhesion.
A PIFOLD rapid switch gas manifold was installed.

生長は手で又はコンピューターで制御できる。反応器は
直方形断を有し、大気圧で動作する水平石英反応器であ
る。生長する間基体を方形S1サスセプターの上に置く
、これはIRランプ(100OW、100V)で加熱す
る。温度はS1サスセプター中に置いた熱電対で測定し
、PID調整器を介してランプ電力を連続的に適用する
Growth can be controlled manually or by computer. The reactor is a horizontal quartz reactor with a rectangular cross section and operated at atmospheric pressure. During growth, the substrate is placed on a square S1 susceptor, which is heated with an IR lamp (100 OW, 100 V). Temperature is measured with a thermocouple placed in the S1 susceptor and lamp power is applied continuously via a PID regulator.

利用しうる源は金属有機物に対してトリメチルガリウム
(TMG)、トリメチルアルミニウム及びジエチル亜鉛
であり、そして水素中の5%AsH3(アルシン)、2
000FI@の5IH4(シラン)と2000FのH,
se(セレン化水素)(両者は水素で稀釈した)である
。通常の生長条件はTgr=660℃、生長速度=10
0nm/分、モル分率(TMG ) = 2−10−’
  モル分率(AsH3)=2・10−sである。
Available sources are trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum and diethylzinc for metal organics, and 5% AsH3 (arsine) in hydrogen, 2
5IH4 (silane) of 000FI@ and H of 2000F,
se (hydrogen selenide) (both diluted with hydrogen). Normal growth conditions are Tgr=660℃, growth rate=10
0 nm/min, mole fraction (TMG) = 2-10-'
The mole fraction (AsH3)=2·10-s.

好ましくはSi上でのGaAsの生長のための基体調製
を含ませる。この工程はI(F CDIの1=19混合
物中での15秒の別の場所(ex 5itu )でのエ
ツチング、続く60秒間の流動DI(18,03MOh
m )下での洗浄及びN、流中でのブローイング乾燥か
らなる( HF溶液249〜51%)。
Preferably includes substrate preparation for growth of GaAs on Si. The step consisted of ex 5 itu etching for 15 s in a 1=19 mixture of I (F CDI), followed by 60 s of flowing DI (18,03 MOh).
m) consisting of washing under and blowing drying under a stream of N (HF solution 249-51%).

このエツチング工程の直ぐ後で、基体を反応器中に入れ
る。その場での基体調製は1時間11/分のH2流の下
950℃での焼付けからなる。
Immediately after this etching step, the substrate is placed in a reactor. In-situ substrate preparation consists of baking at 950° C. under H2 flow for 1 hour 11/min.

その場その場での焼付後、基体を450℃−こ冷却し、
H2キャリヤー流を4.417分に上昇させる。温度が
450℃で安定したさき、生長雰囲気を2分間200C
C/分のAsH,、(Hf中5%)流でフラッシュする
After in-situ baking, the substrate was cooled to 450°C.
Increase the H2 carrier flow to 4.417 minutes. Once the temperature stabilized at 450°C, the growth atmosphere was heated to 200°C for 2 minutes.
Flush with a flow of AsH, (5% in Hf) at C/min.

その直後に反応器への流れをトリメチルガリウム流に切
り換え、薄いGaAs核形成層(約1゜nm )を60
秒間生長させる。連続AsHg流の下で、反応器加熱の
設定点を720℃で設定する。5分後温度の読み取り値
は約700℃であり、設定点は徐々に660℃に低下す
る(正常生長温度)。更tこ5分後温度の読み取り値は
660℃で安定し、所望のGaAs/Al!GaAs構
造の生長が開始する。
Immediately thereafter, the flow to the reactor was switched to a trimethylgallium flow and a thin GaAs nucleation layer (approximately 1° nm) was deposited at 60 nm.
Let it grow for seconds. The reactor heating set point is set at 720° C. under continuous AsHg flow. After 5 minutes the temperature reading is approximately 700°C and the set point gradually decreases to 660°C (normal growth temperature). After another 5 minutes, the temperature reading stabilized at 660°C and reached the desired GaAs/Al! Growth of the GaAs structure begins.

石英反応器上の付着はSi上のGaAsの各生長実施後
除去しなければならない。この付着の脱着を防上するた
め、Si上のGaAsの第二の生長実施の基体調製のた
めのその場での焼付は中AsH3の過圧を特徴とする請
求される高温(950℃)で、AsH,、は、反応器の
出口でダストフィルターが飽和し、究極的に生長雰囲気
中での圧力上昇を生せしめるよう急速に分解する。
Deposits on the quartz reactor must be removed after each growth run of GaAs on Si. To prevent the desorption of this adhesion, in-situ baking for the substrate preparation of the second growth implementation of GaAs on Si is carried out at a high temperature (950 °C) characterized by an overpressure of AsH3. , AsH, rapidly decomposes at the exit of the reactor, saturating the dust filter and ultimately causing a pressure increase in the growth atmosphere.

各生長実施毎に、石英反応器は装置から取り出し、清浄
な石英反応器と置換する。第−反応器及びサスセプター
は次いで王水でエツチングし、流出DI及びインプロピ
ルアルコール中で洗浄する。真空炉中で100℃で数時
間焼付けた後、反応器−サスセプター組合せを装置系中
で置換し、少なくとも1時間2.21/分のH?流の下
で850℃に加熱する。このエツチングした反応器は次
のSi上でのGaAsの生長実施に供する。
After each growth run, the quartz reactor is removed from the apparatus and replaced with a clean quartz reactor. The first reactor and susceptor are then etched with aqua regia and washed in effluent DI and inpropyl alcohol. After baking at 100° C. for several hours in a vacuum oven, the reactor-susceptor combination is replaced in the system and the H? Heat to 850°C under a stream of water. This etched reactor is used for the next growth run of GaAs on Si.

特定の位置での微小亀裂を意図的に作ること(装置が存
在しない場合)、S10.マスクのトポグラフィが特に
重要なものである。
Intentionally creating micro-cracks at specific locations (if no device is present), S10. The topography of the mask is of particular importance.

このためSiO2マスクはGaAs結晶の劈開方向(即
ちCo  1 1〕又は(0111方向)に向って指向
した少なくとも一つの頂点を含む。個々の実施態様にお
いて、前記頂点はこの方向に対して対称関係にある。
For this purpose, the SiO2 mask comprises at least one vertex oriented towards the cleavage direction of the GaAs crystal (i.e. Co 1 1] or (0111 direction). In a particular embodiment, said vertex is symmetrically related to this direction. be.

かかるマスクの例を第5図に示す。陰線部分はsio□
マスクで被覆された基体を表わす。非被覆基体(窓とも
称する)上のSi02マスクの境界内に、作用装置を作
ることができる。
An example of such a mask is shown in FIG. The hidden line part is sio□
Represents a substrate covered with a mask. The working device can be created within the confines of the Si02 mask on the uncoated substrate (also referred to as the window).

Sin、マスク中の頂点(例えば18及び19で示しで
ある)は結晶の劈開方向、即ち(:0 1 11又はC
o  1 13方向lζ向って指向している。
Sin, the vertices in the mask (designated e.g. 18 and 19) are in the crystal cleavage direction, i.e. (:0 1 11 or C
o 1 13 Directed in direction lζ.

マスク中の前記頂点の結果として、微小亀裂はマスク中
の関口中に付着したGaAs層中に出現する。これらの
微小亀裂は結晶の劈開方向に伸びる(第5図の点線で示
す)。微小亀裂は一方で材料応力を小さくし、装置動作
に影響を与えない、何故ならその位置は良く知られてお
り、これらの微小亀裂が装置作用領域外に位置するよう
に加工することができるからである。
As a result of the vertices in the mask, microcracks appear in the GaAs layer deposited in the gates in the mask. These microcracks extend in the direction of crystal cleavage (indicated by dotted lines in Figure 5). On the one hand, microcracks reduce the material stress and do not affect the device operation, since their location is well known and these microcracks can be engineered to be located outside the device action area. It is.

第5図は可能な一つのマスクトポグラフィを示す、。他
の配置も可能であり、他の例を第7図及び第8図に示す
。結晶劈開方向に指向した少なくとも一つの頂点が本発
明により誘起された微小亀裂を得るために必要であるこ
とが明らかであろう。
FIG. 5 shows one possible mask topography. Other arrangements are possible and other examples are shown in FIGS. 7 and 8. It will be clear that at least one vertex oriented in the direction of crystal cleavage is necessary to obtain the microcracks induced according to the invention.

第6図は5intマスク20によって部分的に被覆され
たSi基体を示す再現写真である。微小亀裂は一つの頂
点から対向する頂点へと伸びている。微小亀裂は結晶の
劈開方向に延びる。微小亀裂(再現写真上の非常に細い
垂直線)は例えば数字21及び22で示されている。
FIG. 6 is a reproduction photograph showing a Si substrate partially covered by a 5-inch mask 20. FIG. Microcracks extend from one vertex to the opposite vertex. The microcracks extend in the direction of crystal cleavage. Microcracks (very thin vertical lines on the reproduction photograph) are indicated, for example, by the numbers 21 and 22.

第7図及び第8図は別の種類のマスクを示し、寸法はマ
イクロメーターで与えられている。第7図のa、b及び
Cは、頂点が同じ形及び同じ方向を有し、マスク中の開
口(又は窓)の幅のみが変化しているマスクを示してい
る。
7 and 8 show another type of mask, the dimensions are given in micrometers. Figures 7a, b and c show masks in which the vertices have the same shape and the same direction, with only the width of the opening (or window) in the mask varying.

このマスクによって、異なる頂点の間隔の影響をも研究
できる。
This mask also allows us to study the effects of different vertex spacings.

頂点間の距離は50μm〜500μmの間で変化し、窓
の幅は100〜500μmの間で変化している。
The distance between the vertices varies between 50 and 500 μm, and the window width varies between 100 and 500 μm.

第7図の41第8図のe及びでは、頂点がマスク中の窓
の異なる側(反対側のみならず垂直側)に位置している
マスクを示す。第8図eにおいては、頂点の形も変化し
ている。
FIGS. 7-41 and 8-e show masks in which the vertices are located on different sides (vertical sides as well as opposite sides) of the windows in the mask. In Figure 8e, the shape of the vertex has also changed.

第8図の1及びkは一側上に頂点を有するマスクを示し
、頂点は等間隔である。第8図の1において、頂点の形
は同じでない。
1 and k in FIG. 8 show a mask with vertices on one side, the vertices being equally spaced. 1 in FIG. 8, the shapes of the vertices are not the same.

第8図のg−jは幾つかの頂点の配置がマスク中の開口
の中央部分に形成されているマスクを示す(十字型、線
型、夏型)。
FIG. 8 g-j shows a mask in which the arrangement of several vertices is formed in the central part of the opening in the mask (cross-shaped, linear, summer-shaped).

第9図は頂点の異なる形の拡大図である。角が約20°
から約60°まで変化している。頂点の他の形も示され
る。
FIG. 9 is an enlarged view of different shapes of vertices. The angle is about 20°
The angle varies from 60° to 60°. Other shapes of vertices are also shown.

亀裂形成についての実験の結果を再現写真10〜13に
示す。
The results of experiments on crack formation are shown in reproduction photographs 10-13.

連続生長実験において、厚さ100 nmのSiO2層
で規定したマスクを用いてp−Si基体上に異なる厚さ
のGaAs層を付着させた。
In continuous growth experiments, different thicknesses of GaAs layers were deposited on a p-Si substrate using a mask defined by a 100 nm thick SiO2 layer.

生長温度から室温まで基体を冷却し、取り出した後の亀
裂形成をノマルスキー干渉顕微鏡によって研究した。亀
裂は単結晶質帯域中で非常に繊細な線として見ることが
できる。
After cooling the substrate from the growth temperature to room temperature and removing it, crack formation was studied by Nomarski interference microscopy. The cracks can be seen as very fine lines in the single crystalline zone.

生長構造物を、30秒間液体窒素(77K)中に浸漬し
、これらの低温での熱歪による亀裂形成の結果的生長も
見た。亀裂はH,So、 : H,O,:H!O混合物
中での非常に短時間のエツチングによって良好に明示さ
れる。
The growth structures were immersed in liquid nitrogen (77K) for 30 seconds to also observe the resulting growth of crack formation due to thermal strain at these low temperatures. The crack is H, So, : H, O, :H! It is well revealed by very short etching in an O mixture.

再現写真での寸法は、第7図及び第8図のマスクの形に
示された寸法に相当する。
The dimensions in the photographic reproduction correspond to the dimensions shown in the shape of the mask in FIGS. 7 and 8.

再現写真10は6μmの厚さのGaAs基体を示す(下
方構造物)。使用したマスクを第8図k及び第8図1に
示す。亀裂形成は頂点から出発して劈開方向に続く。頂
点から始まらない亀裂(自然発生的に開始する)は見出
されない。
Reproduction 10 shows a 6 μm thick GaAs substrate (substructure). The masks used are shown in FIG. 8k and FIG. 81. Crack formation starts from the apex and continues in the cleavage direction. No cracks that do not start from the apex (start spontaneously) are found.

再現写真11は別の厚さ6μmのGaAs構造を示す。Reproduction 11 shows another 6 μm thick GaAs structure.

使用したマスクは第8図fに示す。マスクの同じ側又は
平行した側に位置した頂点で発生する亀裂は平行に走り
、一方垂直側で頂点から発生した亀裂は相互に垂直であ
る。
The mask used is shown in Figure 8f. Cracks originating from vertices located on the same or parallel sides of the mask run parallel, while cracks originating from vertices on vertical sides are mutually perpendicular.

亀裂とマスク縁の間に約3°の僅かな接触指向ミスを見
ることができる。方形S1試料の配向ミスからのこの結
果は切りとり中に誘起した。その結果として、基体の反
対側に位置した頂点から誘起された亀裂は相互に会合し
ない。
A slight contact misorientation of about 3° can be seen between the crack and the mask edge. This result from misorientation of the rectangular S1 sample was induced during cutting. As a result, cracks induced from vertices located on opposite sides of the substrate do not coalesce into each other.

再現写真12は厚さ3μmのGaAs構造上に形成され
た亀裂を示し、一方再現写真13は厚さ6μmの構造上
に形成された亀裂を示す。両構造に対して同じマスクト
ポグラフィ(第8図e参照)を使用した。亀裂は前述し
たのと同じ挙動を示す。
Reproduction 12 shows a crack formed on a 3 μm thick GaAs structure, while reproduction 13 shows a crack formed on a 6 μm thick structure. The same mask topography (see Figure 8e) was used for both structures. The crack exhibits the same behavior as described above.

しかしながら全体の単結晶質領域を横切る亀裂の数は、
厚さ3μmの構造におけるよりも厚さ6μmの構造中で
大である。
However, the number of cracks across the entire single crystalline region is
It is larger in a 6 μm thick structure than in a 3 μm thick structure.

再現写真12及び13の結果を得るため第8図8のマス
クを使用することから、頂点の形の影響もこれらの再現
写真で研究できる。
Since the mask of FIG. 8 is used to obtain the results of reproductions 12 and 13, the influence of the shape of the vertices can also be studied in these reproductions.

これらの生長実験において、頂点の形と結果として生ず
る亀裂形成の間に一貫した関係がないことが確立される
。又実験は頂点の間隔と微小結晶の形成の間に特別の関
係が存在しないことも示している。第8図g+1のマス
クを使用した実験は生長帯域の中央でのマスク鋭角も配
向重複生長層(写真なし)中で亀裂を誘起することを教
示する。第8図g+1及びJのマスクは二つの垂直方向
での微小亀裂を誘起し、一方第8図りのマスクによると
、微小亀裂は一つの弁開方向にのみ誘起する(微小亀裂
は鋭角点から発生する)。実験では制御された方法でS
i基体上でのGaAs層中に微小亀裂を導入できること
を示した。微小亀裂はマスク中の頂点から発生し、他の
位置では見られない。横開の距離は大きな影響を示さな
い。微小亀裂の発生は頂点の形に不感受性であり、垂直
撲の使用は垂直微小亀裂を生ぜしめる。層の厚さの変動
は微小亀裂の密度に影響を与える。又マスク窓の中央で
の十字、線及び菱形形成も微小亀裂を発生できる。
In these growth experiments, it is established that there is no consistent relationship between apex shape and resulting crack formation. Experiments also show that there is no special relationship between vertex spacing and microcrystal formation. Experiments using the mask of FIG. 8g+1 teach that mask sharp angles in the center of the growth zone also induce cracks in the oriented overlapping growth layer (not pictured). Masks in Figure 8 g+1 and J induce microcracks in two vertical directions, while according to the mask in Figure 8, microcracks are induced only in one valve opening direction (microcracks originate from acute angle points). do). In the experiment, S
It has been shown that microcracks can be introduced into the GaAs layer on the i-substrate. Microcracks originate from the apex in the mask and are not visible at other locations. The distance of lateral opening does not show a significant effect. The generation of microcracks is insensitive to the shape of the apex, and the use of vertical strokes produces vertical microcracks. Variations in layer thickness affect the density of microcracks. Cross, line, and diamond formations in the center of the mask window can also generate microcracks.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はSi基体上に一体化されたGaAs/klGa
As発光ダイオード及び電界効果トランジスタ(MOS
FET )のトポグラフィを示す。 第2図は自然発生微小亀裂を示す再現写真である。 第3図は電子又はオプトエレクトロニックス装置を生長
させる基体上の意図的に誘起させた微小亀裂の位置を略
示する。 第4図はS10.マスクの使用及びウェファ−上のGa
A3の生長を示す。 第5図は誘起された微小亀裂を得るため使用できるマス
クを示す。 第6図は誘起された微小亀裂を示す再現写真である。 第7図及び第8図は異なる種類のマスクを示す。 第9図は異なる形の頂点の拡大図である。 第10〜第13図は亀裂形成について行った実験の結果
を示す。 1・・・ケイ素基体、2・・・電界効果トランジスタ、
3・・・発光ダイオード、4,5,6及び7・・・発光
ダイオード、8〜13・・・微小亀裂を形成できる位置
、14・・・ケイ素基体、15・・・sio、マスク、
16・・・多結晶質付着5in2.17・・・単結晶質
SiO2.18.19・・・頂点。 図面の浄書(内容に変更なし) 第1図 、、J、:  Sし (’)鴎 第 ろ 図 第 − 図 ′ji−,,6+図 第 7 図 第 図 −窃預 第 図 第12図
Figure 1 shows GaAs/klGa integrated on a Si substrate.
As light emitting diode and field effect transistor (MOS)
FET ) topography is shown. Figure 2 is a reproduction photograph showing naturally occurring microcracks. FIG. 3 schematically illustrates the location of intentionally induced microcracks on a substrate on which electronic or optoelectronic devices are grown. Figure 4 shows S10. Use of mask and Ga on wafer
The growth of A3 is shown. FIG. 5 shows a mask that can be used to obtain induced microcracks. FIG. 6 is a reproduction photograph showing the induced microcracks. Figures 7 and 8 show different types of masks. FIG. 9 is an enlarged view of vertices of different shapes. Figures 10-13 show the results of experiments conducted on crack formation. 1... Silicon substrate, 2... Field effect transistor,
3... Light emitting diode, 4, 5, 6 and 7... Light emitting diode, 8-13... Position where micro cracks can be formed, 14... Silicon substrate, 15... sio, mask,
16...Polycrystalline adhesion 5in2.17...Single crystal SiO2.18.19...Vertex. Engraving of the drawings (no changes to the contents) Fig. 1,, J,: Sshi (') Kamijiro Fig. - Fig. 'ji-,, 6 + Fig. 7 Fig. Fig. - Theft Fig. Fig. 12

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、Si基体上でのGaAs層生長における予定位置で
微小亀裂を形成する方法において、前記GaAs層の生
長の前に、前記Si基体をマスクによつて部分的に被覆
し、前記被覆を前記GaAs層の結晶の劈開方向に又は
ほぼ劈開方向に伸長する少なくとも一つの頂点を設定す
ることを特徴とする方法。 2、一定温度でSi基体上でGaAsを生成せしめ、続
いて基体を冷却することによつて集積電子装置又はその
部品を形成する方法において、前記装置又は部品の動作
を妨害しない位置で微小亀裂を前記GaAs層中に誘起
させることを特徴とする方法。 3、GaAsの生長の前に、前記Si基体をマスクによ
つて部分的に被覆し、前記マスクを前記GaAs層の結
晶のほぼ劈開方向に伸長する少なくとも一つの頂点を設
定する請求項2記載の方法。 4、前記設定マスクを前記Si基体上にSiO_2を付
着させ、続いてフオトリソグラフイ及び湿式化学エッチ
ングすることにより得る請求項1又は3記載の方法。 5、前記SiO_2の付着をプラズマ強化化学蒸着によ
り前記Si基体上に形成する請求項4記載の方法。 6、前記基体を前記マスク形成前にHF:DI洗浄によ
つて清浄にする請求項1又は3〜5の何れかに記載の方
法。 7、GaAsを金属有機化学蒸着法によつて付着させる
請求項1〜6の何れかに記載の方法。 8、前記GaAsの付着前に、前記基体をHF:DI洗
浄によつて清浄にする請求項7記載の方法。 9、頂点を、GaAsが付着せしめられる前記マスク中
の開口側に設ける請求項1又は3〜8の何れかに記載の
方法。 10、GaAsが付着せしめられる前記マスク中の開口
に、GaAs結晶のほぼ劈開方向に指向する少なくとも
一つの頂点を有する第二マスク配置を設ける請求項1又
は3〜9の何れかに記載の方法。
[Claims] 1. In a method for forming microcracks at predetermined positions during growth of a GaAs layer on a Si substrate, the Si substrate is partially covered with a mask before the growth of the GaAs layer. . A method characterized in that the coating has at least one vertex extending in or approximately in the crystal cleavage direction of the GaAs layer. 2. In a method of forming an integrated electronic device or a component thereof by forming GaAs on a Si substrate at a constant temperature and subsequently cooling the substrate, microcracks are created at locations that do not interfere with the operation of the device or component. A method characterized in that the induction is carried out in the GaAs layer. 3. Before the growth of GaAs, the Si substrate is partially covered with a mask, and the mask is set to have at least one vertex extending substantially in the cleavage direction of the crystal of the GaAs layer. Method. 4. The method of claim 1 or 3, wherein the setting mask is obtained by depositing SiO_2 on the Si substrate, followed by photolithography and wet chemical etching. 5. The method of claim 4, wherein the SiO_2 deposit is formed on the Si substrate by plasma enhanced chemical vapor deposition. 6. The method according to claim 1 or any one of claims 3 to 5, wherein the substrate is cleaned by HF:DI cleaning before forming the mask. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the GaAs is deposited by metal organic chemical vapor deposition. 8. The method of claim 7, wherein the substrate is cleaned by an HF:DI wash prior to depositing the GaAs. 9. The method according to claim 1 or any one of claims 3 to 8, wherein the apex is provided on the opening side in the mask to which GaAs is deposited. 10. A method according to claim 1 or any one of claims 3 to 9, characterized in that the opening in the mask in which GaAs is deposited is provided with a second mask arrangement having at least one vertex oriented approximately in the direction of cleavage of the GaAs crystal.
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